如何降低三坐標測量機的測量誤差

戎悅

摘要：三坐標測量機是一種精密測量的儀器，由數(shù)字化控制進行。它在機械制造，精密加工，以及電子產(chǎn)業(yè)中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在實際的測量工作中，三坐標測量機會因測頭，測球直徑，以及測針長度等因素，導(dǎo)致測量出現(xiàn)一些誤差。本文闡述了三坐標測量機的工作原理，對如何降低三坐標測量機的測量誤差進行了探討。

關(guān)鍵詞：三坐標測量機；原理；誤差；措施

三坐標測量機是一種精密測量的儀器，由數(shù)字化控制進行。它在機械制造，精密加工，以及電子產(chǎn)業(yè)中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在實際的測量工作中，三坐標測量機會因測頭，測球直徑，以及測針長度等因素，導(dǎo)致測量出現(xiàn)一些誤差。因此，如何降低三坐標測量機的測量誤差，是三坐標測量機運用中一個重要的問題。

一、三坐標測量機的工作原理

三坐標測量機，其采點發(fā)訊裝置是測頭。分別在x、y、z三個軸的方向，裝有光柵尺和讀數(shù)頭。測量過程如下：首先將被測零件，放入測量空間，建立一個空間坐標系。當測頭接觸工件，發(fā)出采點信號時，控制系統(tǒng)采集當前坐標相對于測量儀即絕對原點坐標的坐標值，得到的坐標數(shù)值，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，形成測量元素，如球、圓錐、圓柱、曲面等，進而經(jīng)過數(shù)學(xué)計算的方法，得出其形狀、位置公差，以及其它幾何量的數(shù)據(jù)。

測頭部分，是測量機的重要部件，主要用來觸測工件表面。根據(jù)功能的不同，測頭有觸發(fā)式、掃描式、非接觸式等。觸發(fā)式測頭，使用最為廣泛。當測頭的機械裝置移位時，將產(chǎn)生信號觸發(fā)，并采集一個測量數(shù)據(jù)。最常見的測球的材料，是紅寶石。天然的紅寶石，由于價格比較昂貴，所以，大多數(shù)測桿頂端的測球，都采用的人造紅寶石球，其測針結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1 所示。

三坐標測量機的測頭校正時，最先校正的測針，作為坐標的原點，其原理如圖3 所示。用測球?qū)藴是蜻M行測量，通常測量5個點。在球極上測1點，球赤道面上均勻測4 個點。

測頭校正是保證測量精度的基礎(chǔ)，如圖2（a）所示。測頭的體積再小，也存在一定數(shù)值的半徑，因此要對測頭的直徑，進行校正處理，如圖2（b）所示。

三坐標測量儀誤差檢測方法，可以分成兩大類：一類是用激光干涉儀等儀器，檢測三坐標測量機的各個單項原始誤差；另一類是用球列、球板等實物基準，檢測檢測三坐標測量機的綜合誤差，然后分解出原始誤差。在實際測量中，對數(shù)據(jù)的處理與評定，一定要慎重，避免出現(xiàn)誤判。

二、降低三坐標測量機測量誤差的措施

（1）確保測頭校正的準確性。測頭校正的目的，是校正出測桿的紅寶石球的直徑，進行測量點測頭修正，并得出不同測頭位置的位置關(guān)系。在測頭校正時，產(chǎn)生的誤差，將全部加入到測量中去。因此，要保證頭校正的準確。使用不同測頭位置時，在校正完所有測頭位置后，要通過測量標準球球心點坐標的方法，來檢查校驗精度。如果對測量精度的要求比較高，需要重新校正測頭，以確保數(shù)值精確。

（2）采取正確的測量方法。三坐標測量儀的測針，越短越好。根據(jù)測量經(jīng)驗，測針越短，測量結(jié)果越準確。對于比較精密的測量，一定要使用比較短的測針進行測量。盡量的減少接頭與長桿，也可以提高測量的精度。在使用三坐標測量儀進行測量的時候，要盡量的做到側(cè)頭的直徑范圍盡量的大。因為使用三坐標測量儀進行測量，測頭是最重要的一個測量配件，會直接的對測量的結(jié)果造成影響。

（3）補償文件的正確性。補償文件，是使用雙頻激光干涉儀，檢測三次元測量機位置度、直線度和角度誤差后，生成的補償文件。測量軟件是根據(jù)補償文件，來進行誤差補償。在實際的測量中，在安裝測量機軟件時，有的工作人員不夠認真，忘了安裝補償文件，或者遺失了備份文件，結(jié)果導(dǎo)致三坐標測量機精度差，需要重新校驗精度，增大了工作量。因此，操作員工作時要認真細心，保管好備份文件，也要會安裝補償文件。

（4）減小三坐標測量機測量同軸度誤差。方法主要在于，首先，增大基準截面之間的距離。在測量基準元素時，如果增大第一截面與第二截面建的距離，則誤差干擾的比例，將相應(yīng)減??；其次，如果被測工件截面較短，可采用變通方法，測直線度，來替代同軸度。實現(xiàn)方法為：分別在兩個小圓柱上測量n 個截面圓，然后選取這n 個圓的圓心，擬合一條三維直線，該直線的直線度，可近似替代同軸度。工作截面越短，此變通方法的效果越好，可很方便地制作一個綜合量規(guī)，來對該方法的準確性，進行驗證。

總之，對于三坐標測量機測量誤差的問題，要根據(jù)其工作原理，采取正確的測量方法，確保測頭校正的準確性，減小三坐標測量機測量同軸度誤差。操作員工作時要認真細心，保管好備份文件，會安裝補償文件，從而最大限度的降低三坐標測量機的測量誤差。

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